《某高铁无线覆盖方案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某高铁无线覆盖方案（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、.XX高铁无线覆盖案马雪亮【摘 要】：随着我国高速铁路在全国的迅速建设，人们的出行更加便捷，但也对移动通信的网络规划和建设造成新的困难和压力。本文针对高铁某段通信覆盖问题，通过分析高铁环境对无线通信网络的影响，阐述高速铁路建设难点，给出了XX高铁某段无线覆盖案。【关键词】：高速铁路、专网覆盖、多普勒效应、无线1、引言由于受到高速移动时的多普勒效应、快衰落、列车材质等问题的影响，在高铁上会经常出现掉话率高、接通率低、切换混乱等现象，为确保XX高铁某段的通信覆盖质量，本文通过总结高铁建设经验，给出了XX高铁某段无线覆盖案。2、高铁无线覆盖难点分析高铁覆盖与一般无线场景覆盖的主要区别是：(1)高铁无
2、线覆盖区是狭长定向形，天线的指向角度比较明确；（2)终端的快速移动引起信号多普勒频移，需要预先估计信号畸变产生的影响；（3)高铁通信的无线路径，存在车体的阻挡，必须估算不同机车的穿透衰耗。2.1多普勒频移分析因波源或观察者相对于传播介质的运动而使观察者接收到的波的频率发生变化的现象称为多普勒效应1。在移动通信中，特别是高速环境下，多普勒效应比较明显。多普勒效应产生附加频移称为多普勒频移： （1）图2-1 多普勒频移示意图 根据相关文献2，GSM最大允的多普勒频移是1.3 kHz。按火车速度300公里/小时，GSM900/1800MHz网络频率偏差是500/1000 Hz，处于接收机允接收围。因
3、此，高速环境下多普勒频移对网络影响较小。2.2车体损耗目前，我国的高铁机车类型主要有庞巴迪、动车组列车。下表为国正在运营的四种动车组列车概况3，其中CRH1动车组为庞巴迪列车：表2.2-1 动车组机车概况根据测试统计，庞巴迪穿透损耗为2030dB（一般取24dB），其他列车穿透损耗为510dB。具体穿透损耗见下图：图2-2 不同类型列车穿透损耗图目前沪宁高铁运行的是CRH3车型，穿透损耗约25dB，若再考虑实际覆盖时基站入射角度与列车夹角等问题，实际穿透损耗会更大，从而导致列车覆盖重下降，影响正常切换，产生掉话和通话质量差的问题。2.3切换频繁以某段高铁为例，设计时速250km/h,按照原公网
4、设计（站间距1.5km）列车每20s通过一个基站，这种高速移动将导致列车在较短的时间频繁的穿过多个小区，致使大量的信道资源被占用，切换成功率低。而小区重选也需要时间完成，根据通信协议规定邻区C2值高于服务小区C2值连续维持5s，手机将小区重选，因此高铁通信设计中两小区重选重叠区应保证列车10s运行时间4。不同运行速度下手机在常规小区中驻留的时间和所需重叠覆盖区距离如下表所示：表2.3-1 重叠区距离统计列车行驶速度（km/h）穿越单个小区所用时间（s）6s重叠覆盖距离（m）10s重叠覆盖距离（m）150242504172001833355625014.441769430012500833350
5、10.358397240096661111但因动车穿透损耗较大，公网基站的重叠宽度一般不能保障10s的重叠覆盖，高铁用户经常出现脱网和掉话现象。综上所述，高铁的无线覆盖应重点考虑覆盖重叠区的设计、站址的合理选择等因素。传统公网的GSM基站建设密度和位置一般不能满足现有高铁覆盖的要求，目前较为理想的覆盖案就是利用现有网络资源，基于分布式基站技术以专网的形式进行高铁覆盖。3、基于分布式基站覆盖高铁的问题分析基于分布式基站的高速铁路覆盖技术是指使用分布式基站，采用BBU+RRU的射频拉远技术、自动频率校正技术、快速切换算法及多RRU共小区技术的综合案，对高铁沿线进行专网覆盖4。其原理是在多个不同站点
6、的RRU配置相同的频率组，利用BBU控制多个RRU的同步收发。这几个站点的RRU属于一个逻辑小区，即利用共小区式，扩大单小区覆盖围，减少高铁上的小区切换与重选次数，节约基站建设费用，提高覆盖网络质量。具体设计思路是把S个物理小区合成一个逻辑小区，即将S个RRU映射到单独一个逻辑小区进行覆盖，一台BBU负责管理S个RRU构成的这个逻辑小区；n台BBU构成的n个逻辑小区沿着高铁线路依次级联，每相邻两个逻辑小区的边界处RRU形成相互切换关系，同时保证前后两个相互级联的逻辑小区间才能做相互切换。从而实现在高铁列车运行向上逻辑小区间的固定切换，这种切换过程简单易实现，切换准确，极大的减小了小区边缘切换掉
7、话的可能性。下图是分布式基站组网原理图：图3-1 分布式基站组网案高铁覆盖案在实际的建设中，还有一些问题需要考虑，经分析主要涉及以下几点。3.1高铁覆盖站间距规划（1）单基站小区覆盖：一般高铁覆盖均使用单小区双向覆盖的式（如下图）。这种式采用高增益天线增加了铁路覆盖围，又减少了切换次数，即使每个向上增加了3.5dB的功分器衰耗，但总覆盖距离增加了近50%。图3.1-1 分布式基站组网案（2）无线链路预算：假设远端输出功率为40dBm，接头、馈线、功分器损耗共7dB，天线增益是21dBi，天线口发射功率为50dBm，当车信号需要-85dBm时，车外接收信号强度Rxlev=-85+24（车体穿透损
8、耗）=-61dBm，从而计算出自由空间的传播路径损耗为：Lp=50-（-61）=111dB。在GSM900Mhz频段，结合本次某段高铁环境，设计案选取OkumuraHata模型进行无线链路预算。得到列车外传播模型： （2）其中，：无线衰耗；：载波频率（适于GSM900MHz）；：天线挂高；：基站与移动台的距离；：移动台的天线至地面的高度；由此获得单天线覆盖距离如下表：表3.1-2 城区覆盖距离市区模型 天线高度/m 单天线覆盖距离/km 远端距离/km 天线增益,21dBi 10 0.33 0.66 天线增益,21dBi 15 0.37 0.74 表3.1-3 郊区覆盖距离郊区模型 天线高度/
9、m 单天线覆盖距离/km 远端距离/km 天线增益,21dBi 20 0.765 1.53 天线增益,21dBi 25 0.83 1.66 （3）小区边界重叠区长度：根据表2.3-1，综合考虑列车设计速度和最高速度取定小区边缘重叠距离如下表所示，即，取小区的设计重叠覆盖距离为市区平均750米，市区外按运营速率取定1000米。表3.1-4 重叠覆盖区建议表序号区域市区市区外运营速率最大速率1最小重叠距离(米）6948339722建议设计的重叠距离(米）7509001000综上所述，本高铁覆盖案计划采用单小区双向覆盖式，使用窄波瓣高增益天线，在市区围设计站高为1015米（相对与铁路高度），站高为1
10、0米时，两个远端之间距离为660米，站高为15米时两个远端站高为740米；在郊区（平地/峡谷/路堑）围设计站高为2025米（相对于铁路高度），站高为20米是，两个远端之间距离为1.53公里，站高为25米时两个远端站高为1.66公里。3.2分布式基站共小区技术多RRU共小区指不同RRU使用相同频率和参数设置，在逻辑上为同一个小区。在高铁沿线覆盖中，通过将前后若干相邻的RRU设为同一小区，包括载波的数量、频点，其功率根据不同场景进行微调，实现列车经过同一个小区的多个位置无切换，能够有效避免切换频繁，掉话率高的情况。如下图：图3.2-1 多RRU共小区组网式结合上文提到的远端距离，得出单小区覆盖距离
11、如下表：表3.1-1 单小区覆盖单小区支持RRU个数单小区覆盖距离(km)城区乡镇4/6/82.2/3.7/5.184.98/8.3/11.62考虑到切换次数和诺西设备能力，容量和远端供电等问题，设计单小区一般配置6个RRU，信源机房宜选择在小区中间位置，且以利旧为主，利旧机房距铁路不宜超过2公里。3.3专网建设式高铁网络本身已经能够满足列车用户的需求，不再需要占用公网资源，因此为减少小区切换和重选的概率，应设置高铁专网，即不与边公网基站设置邻区关系，实现列车手机用户的高效使用。高铁专网与普通公网的切换应设置在车站候车室与火车站台之间，站台的信号由专网提供。如下图，手机用户在候车室与站台之间的
12、移动慢，越区切换实现较容易，但高铁列车，用户在进出车站时，因列车速度较快，若发生切换，容易产生掉话。车站的越区切换区应尽量选在人流量最小的区域，条件可的情况下可以把位置更新区域放置在候车室进入月台的通道里。图3.3-1 车站覆盖示意图3.4容量估算高铁专网的话务主要来自列车的手机用户，因高铁列车的行车闭塞区间为10公里，所以在单小区围，对于复线情况，最多同时存在2列动车通行。由此来估算高铁话务量：目前高铁列车共8节车厢最多定员670人，两组车体连挂最多1340人，按双线最多2列火车相遇估算，且铁路边可能有用户接入专网，则总客流量约2880人。根据当前移动业务发展情况，按手机持有率90%、移动用
13、户占有率70%计算，则最大话务量估计为22.68erl，对应爱尔兰表，则每小区应配置5块载频，由于列车进出城区时话务量较高，则在市区中设计配置6块载频，乡镇区域使用5块载频。3.5电源建设案高铁沿线的地形比较复杂，基站的电源引入也是难点之一，综合考虑市电引入费用和后期维护问题，对于某段的站点目前有如下两种电源引入式： （1）就近供电采用信源机房-48V电源供电，这种式超过200米后线缆成本会迅速上升，因此不建议使用。或者拉远的RRU采用就近引接市电的式并配备室外一体化电源柜。（2）高压直流远供因大部分高铁沿线站点是拉远站，所以RRU的供电案推荐使用高压直流远供式5。拉远站从信源机房引电，使用信
14、源机房-48V直流电源，经过直流远供局端设备DC/AC隔离升压至280V，再利用电力电缆传送到各新建远端，同时，采用电缆与光缆同路由式，在远端站点再通过远端降压模块使电压降至-48V，以便给远端RRU供电。综合考虑施工难度和相关线缆投资，设计拉远距离需小于5公里。供电过程如图3.5-1：图3.5-1 高压直流远供原理图由上图可以看出，高压直流远供式需要在信源机房增加1套直流升压设备，该设备由基站开关电源供电，从直流配电单元一次下电处引接，输入电压是直流-48V，输出电压是直流280V。同时，升压电源设备应有监控模块。当RRU较多时，还需要增加信源机房开关电源和蓄电池容量。综上所述，本次高铁设计
15、，站址选择原则如下：（1）考虑专网对边的影响，建议站高城区为高出铁轨10-15米，郊区为超出铁轨20-25米。站点间距根据站高不同参考前文结论。（2）针对高铁覆盖的特殊场景，高铁专网的天线需要使用半功率角30度，增益21dBi的专用天线，向角沿着铁路向覆盖。（3）拉远站点不能距离铁路过远，否则会因窄波束天线的向角不够宽导致覆盖距离的下降，所以建议新选站点在距铁路50100米选址，利旧站点50-300米以选址。4、总结高速铁路通信覆盖工程是一项比较复杂的系统工程，高铁相对特殊的无线环境决定了其覆盖网络的特殊性，本文系统的介绍了高铁无线网络覆盖的难点和解决办法分析，给出了以分布式基站为基础建设高铁专网的式解决XX高铁某段无线覆盖的案，希望以后能够进一步考虑切换和深度覆盖的问题，以及公网与专网的优化问题，实现充分利用已有网络资源降低建设成本的目标。参考文献：1于涛高速铁路GSM网覆盖建设案研究，大学硕士学位论文，20
